QUÍMICA GERAL UNIDADE 2 - NÚMEROS QUÂNTICOS Prof. Cristian Berto da Silveira Química Geral REVISÃO PARTÍCULAS ATÔMICAS ELETROSFERA NÚCLEO NÚCLEO: Contém Prótons e Nêutrons. ELÉTROSFERA: Contém Elétrons. Partículas Carga Relativa Massa Relativa Prótons +1 1 Nêutrons 0 1 Elétrons -1 1/1840 Química Geral NÚMERO ATÔMICO E MASSA ATÔMICAS ÁTOMO DE HIDROGÊNIO ÁTOMO DE HÉLIO ÁTOMO DE SÓDIO 1 Próton 2 Prótons 11 Prótons Nenhum Nêutron 2 Nêutrons 12 Nêutrons 1 Elétron 2 Elétrons 11 Elétrons Número Atômico = 1 Número Atômico = 2 Número Atômico = 11 Número Massa = 1 Número Massa = 4 Número Massa = 23 Química Geral Número Atômico (Z) = É o número correspondente à carga nuclear, ou seja, o número de prótons existente no núcleo. Z=p Z = Número Atômico. p = Número de Prótons. Número Massa (A) = É o número correspondente à soma das quantidades de prótons e de nêutrons existentes no núcleo. A=p+n A = Número de Massa. p = Número de Prótons. n = Número de Nêutrons. Química Geral Exercícios 1. O átomo de magnésio apresenta doze prótons e doze nêutrons. Qual o número atômico e o número de massa deste elemento? 2. Descobrir o número de prótons, de nêutrons e de elétrons do átomo de carbono que apresenta Z = 6 e A = 13. Química Geral UNIDADE 2 - NÚMEROS QUÂNTICOS 2 - Números Quânticos As teorias da MECÂNICA QUÂNTICA, definidas por Planck, De Broglie, Schrödinger e Heisemberg, dentre outras, auxiliaram na identificação dos elétrons. Os NÚMEROS QUANTICOS são os modelos que nos auxiliam na localização e identificação da posição do elétron na orbita de um átomo. 1. Números Quânticos Principal (n); 2. Números Quânticos Secundário (l); 3. Números Quânticos Magnético (ml); 4. Números Quânticos Spin (ms); Química Geral 1. Números Quânticos Principal (n): É um número inteiro que representa os níveis de energia, desde n = 1, para o primeiro nível; n = 2 para o segundo nível e assim até o infinito. O NÚMERO QUÂNTICO PRINCIPAL foi deduzido independentemente por Bohr e Schrödinger, pela fórmula: E = - 2.π2 . m . e4 . Z2 n2 . h2 E = energia de uma camada; m = massa de um elétron; 1 2 3 4 5 6 7 e = carga de um elétron; Z = número atômico; h = constante de Planck; n número quântico principal; Como nos átomos conhecidos número máximo de camada é igual a 7, o NÚMERO QUÂNTICO PRINCIPAL VARIA DE 1 A 7. Química Geral O cientista Sueco Johannes Robert Rydberg definiu o número máximo de elétrons nas camada. Número máximo de elétrons nas camadas = 2n2 Camada Número Quântico Principal (n) Número máximo de Número máximo de elétron (Teórico) elétron (Prática) (2n2) (2n2) K 1 2.12 = 2 2 L 2 2.22 = 8 8 M 3 2.32 = 18 18 N 4 2.42 = 32 32 O 5 2.52 = 50 32 P 6 2.62 = 72 18 Q 7 2.72 = 98 2 Química Geral Exercícios 3. Qual o número máximo de elétrons nas camadas atômicas K, M, O e Q? 4. Se o número quântico principal de um elétron for igual a 6 ele estará localizado em que camada? 2. Números Quânticos Secundário (l): Também conhecido como número quântico de momento angular do orbital. Caracteriza a uma subdivisão de energia dentro de cada camada, revelando, desta maneira a existência do Subnível de Energia. l = 0; 1; 2; ...; n - 1 l = 0; l = 1; l = 2; l = 3; Química Geral Camada l=0 indica o subnível s l=1 indica o subnível p l=2 indica o subnível d l=3 indica o subnível f Subníveis Existentes na Camada Quantidade de Subníveis na Camada K (n = 1) s (l = 0); 1 L (n = 2) s (l = 0); p (l = 1) 2 M (n = 3) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); 3 N (n = 4) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); f (l = 3) 4 O (n = 5) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); f (l = 3) 4 P (n = 6) s (l = 0); p (l = 1); d (l = 2); 3 Q (n = 7) s (l = 0); 1 Química Geral 1K 1s 2L 2s 2p 3M 3s 3p 3d 4N 4s 4p 4d 4f 5O 5s 5p 5d 4f 6P 6s 6p 6d 7Q 7s Química Geral Cada subnível pode representar um ou mais orbitais, sendo que, O NÚMERO MÁXIMO DE ORBITAIS É CALCULADO PELA EXPRESSÃO: 2l + 1 s l=0 (2.0 +1) = 1 - corresponde ao subnível s p l=1 (2.1 +1) = 3 - corresponde ao subnível p d l=2 (2.2 +1) = 5 - corresponde ao subnível d f l=3 (2.3 +1) = 7 - corresponde ao subnível f Química Geral O NÚMERO MÁXIMO DE ELÉTRONS NO SUBNÍVEL É CALCULADO PELA EXPRESSÃO: 2.(2l + 1) s l=0 2. (2.0 +1) = 2 ELÉTRONS p l=1 2. (2.1 +1) = 6 ELÉTRONS d l=2 2. (2.2 +1) = 10 ELÉTRONS f l=3 2. (2.3 +1) = 14 ELÉTRONS O NÚMERO MÁXIMO DE ELÁTRONS NAS CAMADAS 32 Química Geral 1K 1s 2 elétrons 2L 2s 2p 3M 3s 3p 3d 4N 4s 4p 4d 4f 32 elétrons 5O 5s 5p 5d 4f 32 elétrons 6P 6s 6p 6d 7Q 7s 8 elétrons 18 elétrons 18 elétrons 2 elétrons Química Geral Exercícios 5. Determine em que camada se localiza o elétron que apresenta: a) n = 2; b) n = 4; c) n = 6; d) n = 7; 6. Indique a camada e o subnível em que se localiza o elétron que apresenta os seguintes números quânticos: a) n = 2; l = 1; b) n = 4; l = 0; c) n = 6; l = 3; d) n = 3; l = 2; Química Geral 7. Quantos elétrons podem apresentar nas camadas abaixo: a) n = 2; b) n = 4; c) n = 6; d) n = 7; Química Geral 3. Números Quânticos Magnético (ml): Caracteriza o orbital em que existe a probabilidade de se encontrar o elétrons. O número quântico magnético assume valores positivos e negativos. s l=0 (2.0 +1) = 1 - corresponde ao subnível s ml = 0 p l=1 (2.1 +1) = 3 - corresponde ao subnível p ml = -1, 0, 1 d l=2 (2.2 +1) = 5 - corresponde ao subnível d ml = -2, -1, 0, 1, 2 f l=3 (2.3 +1) = 7 - corresponde ao subnível f ml = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 Química Geral 4. Números Quânticos Spin (ms): De acordo com a mecânica quântica um elétron tem dois estados de spin representados pelas setas sendo que estas setas só podem assumir dois valores +1/2 e -1/2. Química Geral Exercícios 8. Os três números quânticos de um elétron em um determinado estado são: n = 4; l = 2; ml = -1. Em que tipo de orbital este elétrons está localizado? 9. Localizar o elétron representado pelos números quânticos n = 5; l = 2; ml = 1 e ms = 1/2. Química Geral 10. Indicar os números quânticos do elétron situado na camada L, subnível p e orbital central. Química Geral Sequência de Energia dos Subnívies. Linus Pauling (1901 a 1994): Químico norte americano desenvolveu a metodologia prática que fornece a ordem crescente de energia dos subníveis. Tem maior energia o elétron que apresenta a maior soma dos números quânticos principal e secundário ( n + l). Exemplo1: Entre os subníveis 5d e 6s qual o de maior energia? 5d - n = 5; l = 2. n + l = 7. 5d é o de maior energia. 6s - n = 6; l = 0. n + l = 6. Exemplo2: Entre os subníveis 4p e 5s qual o de maior energia? 4p - n = 4; l = 1. n + l = 5. 5s - n = 5; l = 0. n + l = 5. 5s é o de maior energia, pois apresenta maior número quântico principal. Química Geral 1K 1s 2 elétrons 2L 2s 2p 3M 3s 3p 3d 4N 4s 4p 4d 4f 32 elétrons 5O 5s 5p 5d 4f 32 elétrons 6P 6s 6p 6d 7Q 7s 8 elétrons 18 elétrons 18 elétrons 2 elétrons 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10, 6p6, 7s2... Química Geral Regra de Hund: Princípio da Máxima Multiplicidade. A distribuição dos elétrons é feita em duas etapas: 1. Coloca-se inicialmente um elétron em cada orbital, este deve apresentar spins paralelos; 2. Após cada orbital, do mesmo subnível, apresentar um elétron inicia-se o emparelhamento dos demais. 1 Elétron 2 Elétrons 3 Elétrons 5 Elétrons Química Geral 11. Fazer a distribuição eletrônica para os átomos abaixo. Identificar o última camada, e o subnível mais energético. a) Na (Z=11); b) Mn (Z=25); c) Co (Z=27). Química Geral 11. Fazer a distribuição eletrônica para os átomos dos gases nobres, dos metais alcalinos, alcalinos terrosos e halogênios. IMPORTANTE: OS ELÉTRONS MAIS EXTERNOS SÃO USADOS NA FORMAÇÃO DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS. A TEORIA QUE DEFINE ESTAS LIGAÇÕES É CONHECIDA COMO TEORIA DA LIGAÇÃO PELA VALÊNCIA. Química Geral GEOMETRIA DOS ORBITAIS É a região do espaço onde existe a máxima probabilidade de se encontrar um elétron. Ψv = Ψv = Função de Onda; L = Comprimento; n = número quântico; [2/L]1/2 . sen [n πk/L] Schrödinger 1927 Química Geral ORBITAL ATÔMICO S 3s + 2s n=1 n=2 n=3 1s Química Geral Probabilidade de se encontrar o elétron = 2 Nós 2 =0 Química Geral Química Geral ORBITAL ATÔMICO P O orbital “p” existe a partir da secunda camada (n = 2, 3, ...) 3px 3py 3pz + n=1 n=2 n=3 2px 2py 2pz Química Geral Química Geral ORBITAL ATÔMICO D 3dz2 3dxz 3dyz 3dxy 3dx2-y2 + n=1 n=2 n=3 O orbital “p” existe a partir da terceira camada (n = 3, 4, 5...) Química Geral Química Geral ORBITAL ATÔMICO F Do not appear until the 4th shell and higher